Wszystko o akumulatorach niklowo-kadmowych: charakterystyka, działanie, zalety i wady

Baterie niklowo-kadmowe (Ni-Cd) są obecnie nadal szeroko stosowane w gospodarce narodowej. Zgodnie z ich konstrukcją należą do grupy baterii alkalicznych. Baterie te cieszą się dużym zainteresowaniem, mimo że ich produkcja i stosowanie są ograniczone ze względów środowiskowych (kadm jest substancją toksyczną). Ale nie można ich całkowicie porzucić, ponieważ baterie te są używane w urządzeniach, w których inne baterie nie mogą działać. W szczególności jest to praca z dużymi prądami rozładowania i ładowania. Są to dość łatwe w utrzymaniu urządzenia o długiej żywotności. Dlatego zasługują na rozpatrzenie w osobnym artykule.

Pierwsza bateria niklowo-kadmowa została stworzona przez Waldmara Jungnera w 1899 roku. Ale wtedy produkcja tych baterii alkalicznych była znacznie droższa niż innych rodzajów baterii. Tak więc ten wynalazek został na chwilę zapomniany. W 1932 r. opracowano metodę osadzania aktywnego materiału na porowatej elektrodzie niklowej. To przybliżyło wypuszczenie na rynek przemysłowych akumulatorów Ni-Cd.

W 1947 r. przeprowadzono szereg prac, podczas których gazy uwolnione podczas ładowania zostały zrekombinowane bez ich usuwania. W rezultacie narodziły się zamknięte akumulatory Ni-Cd, które są nadal używane. Wśród producentów akumulatorów niklowo-kadmowych są takie duże firmy jak GP Batteries, Samsung, Varta, GAZ, Konnoc, Advanced Battery Factory, Panasonic, Metabo, Ansmann i inne.

Akumulatory niklowo-kadmowe, mimo że są szeroko stosowane w gospodarce narodowej w ciągu ostatnich dziesięcioleci, stopniowo zawężają swój zakres. Są one stopniowo zastępowane przez akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe i litowe.

Zastosowanie baterii niklowo-kadmowych (Ni-Cd)

Akumulatory niklowo-kadmowe o niewielkich gabarytach stosowane są w urządzeniach technicznych, które do pracy wymagają dużego prądu. W takich warunkach akumulatory Ni-Cd zapewniają stabilną moc i nie przegrzewają się, w przeciwieństwie do innych typów akumulatorów. Baterie niklowo-kadmowe są szeroko stosowane w trolejbusach, tramwajach, jako baterie trakcyjne w samochodach elektrycznych, istnieją przemysłowe baterie Ni-Cd. Ponadto znajdują szerokie zastosowanie w transporcie morskim i rzecznym.

Akumulatory Ni-Cd można znaleźć w helikopterach i samolotach jako akumulatory pokładowe, w przenośnych narzędziach (śrubokręt, dziurkacz itp.). Jednak baterie litowe coraz częściej znajdują się w narzędziach. Baterie niklowo-kadmowe nie mogą być jeszcze wymienione w tych przenośnych urządzeniach, które mają duże zużycie energii. Chociaż w niektórych urządzeniach są z powodzeniem zastępowane, które nie zawierają szkodliwego kadmu.

Baterie Ni-Cd w kształcie dysku znalazły szerokie zastosowanie. Ten wariant był szeroko stosowany jako bateria do zasilania pamięci nieulotnej we wczesnych komputerach osobistych. Zostały przylutowane na płycie głównej. Następnie zostały zastąpione bateriami litowymi. Baterie dyskowe były również szeroko stosowane w aparatach, lampach błyskowych, kalkulatorach, latarkach, radiach, aparatach słuchowych itp.

Akumulatory niklowo-kadmowe mogą być przechowywane przez długi czas, są łatwe w utrzymaniu, niewrażliwe na niskie temperatury, mają niską rezystancję wewnętrzną i niski ciężar właściwy. Wszystko to do tej pory przeważa nad punktem ujemnym związanym z obecnością w nich trującego kadmu. Baterie niklowo-kadmowe nadal dominują w ich zastosowaniu w lotnictwie, sprzęcie wojskowym i przenośnych radiotelefonach. Dodatkowo można przeczytać materiał o redukcji Ni─Cd.

Akumulatory niklowo-kadmowe urządzenia (Ni-Cd)

Budowa akumulatorów Ni-Cd

Strukturalnie bateria niklowo-kadmowa jest elektrodą dodatnią i ujemną oddzieloną separatorem. Są zanurzone w alkalicznym elektrolicie, a wszystko to zamknięte w szczelnej metalowej obudowie. Elektroda dodatnia zawiera NiOOH (tlenek niklu-wodorotlenek). Skład negatywu zawiera w składzie kadm (Cd). Elektrolitem jest KOH (wodorotlenek potasu). Jest silną zasadą, bez zapachu. Zaletą KOH jest to, że substancja nie jest ani wybuchowa, ani palna. Udział masowy KOH w elektrolicie zgodnie z GOST R 50711-94 powinien wynosić co najmniej 85 procent w postaci stałej i co najmniej 45 procent w postaci płynnej.

W celu zwiększenia pola powierzchni elektrod wykonuje się je z cienkiej folii. Separator pomiędzy elektrodami wykonany jest z włókniny, która nie wchodzi w interakcje z alkaliami. Sam elektrolit nie jest zużywany podczas reakcji.

Jedno ogniwo niklowo-kadmowe wytwarza napięcie około 1 wolta. Dlatego łączy się je w baterie o gęstości energii około 60 Wh na kilogram.

Na poniższym obrazku widać główne elementy alkalicznej baterii niklowo-kadmowej serii KL.

Wyjście Born lub current ma na celu odprowadzenie prądu z akumulatora i działa jako zacisk do podłączenia akumulatorów. Przez wtyczkę napełniany jest elektrolit, a także wylot gazu powstałego podczas procesu ładowania. Połączenie elektrod wraz z nakładkami stykowymi zapewnia wyjęcie i doprowadzenie z elektrod do palnika. Nakładki stykowe są przyspawane do elektrod.

Elektroda to lamela ułożona poziomo. Zawierają substancję czynną w perforowanej stalowej taśmie. Żebro zapewnia sztywność elektrody i zapewnia przepływ prądu do nakładki stykowej. Elektrody o różnej polaryzacji są oddzielone separatorem ramowym, który nie zakłóca swobodnego przepływu elektrolitu.

Reakcje zachodzące na elektrodach akumulatora Ni-Cd

Procesy na elektrodzie dodatniej

Główne reakcje elektrochemiczne zachodzące na elektrodzie dodatniej akumulatora niklowo-kadmowego można opisać następującymi wzorami:

W trakcie ładowania

Ni(OH) 2 + OH - ⇒ NiOOH + H 2 O + e -

Podczas rozładowania

NiOOH + H 2 O + e - ⇒ Ni(OH) 2 + OH -

Wodorotlenek niklu (NiOOH) na elektrodzie dodatniej może występować w dwóch wersjach:

• a-Ni(OH)2;
• p-Ni(OH)2.

Formy te różnią się gęstością i nawilżeniem. Jeśli bateria jest rozładowana, obie te formy wodorotlenku niklu są obecne na elektrodzie dodatniej. Gdy akumulator Ni-Cd jest ładowany, forma β-Ni(OH) 2 jest przekształcana w β-NiOOH. W tym przypadku sieć krystaliczna substancji nieco się zmienia. W końcowej fazie ładowania powstaje γ-NiOOH. Liczba faz β i γ wodorotlenku niklu będzie zależeć od konkretnych warunków ładowania.

Faza γ jest intensywnie tworzona przy dużej szybkości ładowania lub podczas przeładowania. W wyniku powstania γ-NiOOH następuje zasadnicze przegrupowanie struktury tlenku. Dla porównania gęstość fazy β wynosi 4,15, a gęstość fazy γ 3,85 g/cm3. Z tego powodu, gdy akumulator Ni-Cd jest ładowany, zmienia się objętość masy czynnej elektrody dodatniej. Różnią się również właściwości elektrochemiczne β i γ. W przypadku postaci γ-NiOOH ładunek przechodzi mniej wydajnie, a aktualny współczynnik wykorzystania w tym przypadku jest mniejszy niż w przypadku postaci β. Forma γ ma również niższy potencjał rozładowania i samorozładowanie dwa razy mniejsze niż dla β.

Procesy na elektrodzie ujemnej

Na elektrodzie ujemnej akumulatora niklowo-kadmowego zachodzą następujące reakcje:

Podczas ładowania

Cd(OH) 2 + 2e − Cd + 2OH −

Podczas rozładowywania

Cd + 2OH - ⇒ Cd(OH) 2 + 2e -

Pojemność elektrody kadmowej w akumulatorach niklowo-kadmowych przekracza pojemność elektrody dodatniej o około 20-70 procent. Z tego powodu uważa się, że potencjał elektrody ujemnej podczas ładowania-rozładowania pozostaje niezmieniony.

Charakterystyka akumulatorów niklowo-kadmowych (Ni-Cd)

Napięcie nominalne szczelnych akumulatorów niklowo-kadmowych wynosi 1,2 wolta. Ładowanie prądem 1/10 pojemności następuje w ciągu 16 godzin. Pojemność akumulatora Ni-Cd mierzy się rozładowaniem prądem 2/10 od pojemności nominalnej do napięcia 1 wolta.

Na poniższym obrazku można zobaczyć charakterystykę rozładowania akumulatorów niklowo-kadmowych w różnych trybach rozładowania.

Na poniższych wykresach widać zależność zdolności rozładowania od prądu obciążenia i temperatury.

Samorozładowanie akumulatorów niklowo-kadmowych zależy głównie od niestabilności termodynamicznej elektrody tlenek niklu-wodorotlenek. Wpływ prądu upływu między elektrodami na samorozładowanie jest niewielki. Ale stopniowo zwiększa się wraz z żywotnością baterii. Rozpraszanie ciepła w akumulatorach Ni-Cd w dużej mierze zależy od stopnia naładowania. Gdy bateria osiągnie 70 procent pojemności, uruchamia się proces wydzielania tlenu. W efekcie, na skutek jonizacji tlenu na elektrodach ujemnych, akumulator jest nagrzewany. Pod koniec ładowania temperatura w akumulatorze Ni-Cd wzrasta o 10-15 stopni Celsjusza. Jeśli ładowanie odbywa się w trybie przyspieszonym, wzrost temperatury może wynosić 40-45 stopni Celsjusza.

Po odłączeniu od ładunku potencjał elektrody dodatniej (tlenku niklu) maleje, a ładunek warstwy głębokiej i powierzchniowej jest stopniowo wyrównywany. Po pewnym czasie zmniejsza się intensywność samorozładowania. W przypadku różnych serii akumulatorów Ni-Cd samorozładowanie i stabilizacja pojemności resztkowej mogą się znacznie różnić. Samorozładowanie, oprócz zmniejszenia pojemności, prowadzi również do spadku napięcia o 0,03-0,05 wolta. Zjawisko to tłumaczy się stopniowym wyrównywaniem ładunku w głębi i na powierzchni elektrody. Dodatkowo działa częściowa pasywacja masy aktywnej.

Przechowywanie akumulatorów niklowo-kadmowych (a także akumulatorów kwasowo-ołowiowych) w niskiej temperaturze zmniejsza samorozładowanie. W 20 stopniach Celsjusza samorozładowanie jest dwa razy większe niż przy 0.

Poniższy rysunek przedstawia wykres utraty pojemności akumulatorów NiCd w różnych temperaturach.

Aby zrekompensować samorozładowanie podczas przechowywania akumulatora, można go ładować niskim prądem. Zazwyczaj wartość prądu ładowania wynosi 0,03-0,05 pojemności. Ale konkretna wartość jest negocjowana przez producenta baterii. Zdolność do wytrzymania długiego ładowania jest różna w przypadku akumulatorów niklowo-kadmowych o różnych konstrukcjach. Najmniej nadają się do ładowania alkaliczne baterie niklowo-kadmowe w postaci dysku, które mają elektrody płytkowe o dużej grubości. Ale są też takie konstrukcje, które są w stanie wytrzymać ładowanie przez kilka miesięcy bez konsekwencji.

Jeśli chodzi o charakterystykę energetyczną akumulatorów Ni-Cd, różnią się one również w zależności od rodzaju akumulatorów.

Dyskowe akumulatory niklowo-kadmowe z 2 elektrodami charakteryzują się specyficzną charakterystyką energetyczną 15-18 Wh na kilogram i 35-45 Wh na litr. Ta sama odmiana, ale z 4 elektrodami, ma dwukrotnie wyższą charakterystykę energetyczną. Dla cylindrycznych akumulatorów Ni-Cd wartości te wynoszą 45 Wh na kilogram i 130 Wh na litr.

Co wpływa na rozładowanie akumulatorów Ni-Cd?

Charakterystyki rozładowania poszczególnych modeli zależą od następujących cech:

• grubość, struktura, rezystancja wewnętrzna elektrod;
• gęstość montażu grup elektrod;
• charakterystyka separatora (grubość i struktura);
• objętość elektrolitu;
• specyficzne cechy konstrukcyjne baterii.

Akumulatory niklowo-kadmowe dyskowe z grubymi prasowanymi elektrodami są używane w warunkach długiego rozładowania. W tym przypadku następuje stopniowy spadek pojemności i napięcia do 1,1 wolta. Po rozładowaniu do 1 V pojemność pozostaje około 5-10 procent wartości nominalnej. Takie akumulatory wykazują znaczne obniżenie napięcia rozładowania i utraconej pojemności akumulatorów Ni-Cd przy wzroście prądu rozładowania do wartości 0,2*C. Wyjaśnia to fakt, że aktywna masa nie ma zdolności do równomiernego rozładowywania się na różnych głębokościach elektrod.

W przypadku akumulatorów pracujących w trybie rozładowania o średniej intensywności elektrody są cieńsze, a ich liczba wzrasta do 4. W rezultacie prąd rozładowania wzrasta do 0,6 pojemności.

Istnieją również tak zwane akumulatory o krótkim rozładowaniu. Wyposażone są w elektrody ceramiczno-metalowe o niskiej rezystancji wewnętrznej. Modele te mają najwyższą wydajność energetyczną spośród innych typów akumulatorów niklowo-kadmowych. Ich napięcie podczas rozładowania jest utrzymywane powyżej 1,2 V, dopóki nie wyczerpią 90 procent pojemności akumulatora. Akumulatory te mogą być stosowane podczas rozładowywania dużymi prądami (3÷5C).

Na uwagę zasługują również baterie cylindryczne z elektrodami walcowanymi. Te nowoczesne akumulatory mogą być rozładowywane przez długi czas prądem 7-10C. Na przedstawionych powyżej wykresach wyładowań widać, że temperatura OC ma istotny wpływ na charakterystykę akumulatorów niklowo-kadmowych. Akumulator ma największą pojemność w temperaturze 20 stopni Celsjusza. Wraz ze wzrostem temperatury praktycznie się nie zmienia. Ale gdy spada do 0 stopni, pojemność spada tym szybciej, im większa jest wartość prądu rozładowania. Ten spadek pojemności jest związany ze spadkiem napięcia rozładowania, co jest spowodowane wzrostem polaryzacji i rezystancji omowej. Opór wzrasta ze względu na małą objętość elektrolitu.

Tak więc skład zasady (elektrolitu) i jego stężenie znacząco wpływają na charakterystykę baterii. Od tego zależy temperatura powstawania soli, krystalicznych hydratów, lodu i innych pierwiastków.

Jeśli elektrolit jest zamrożony, wyładowanie jest generalnie wykluczone. Niższa temperatura pracy akumulatorów Ni-Cd w większości przypadków wynosi minus 20 stopni Celsjusza. W przypadku niektórych typów akumulatorów skład elektrolitu jest dostosowywany, a dolna granica zakresu temperatur zostaje rozszerzona do minus 40 stopni Celsjusza.

Co wpływa na ładowanie akumulatorów Ni-Cd?

Podczas ładowania szczelnego akumulatora niklowo-kadmowego ważne jest, aby ograniczyć przeładowanie. Podczas ładowania ciśnienie wewnątrz akumulatora wzrasta z powodu uwolnienia tlenu. Tak więc efektywność korzystania z prądu spada, gdy zbliżasz się do 100. ładowania.

Na poniższym obrazku widać wykresy charakteryzujące zależność pojemności podczas rozładowywania baterii cylindrycznej.

Ładowanie akumulatorów Ni-Cd dozwolone jest w zakresie temperatur 0÷40 stopni Celsjusza. Zalecany odstęp to 10-30 stopni. Pobór tlenu na elektrodzie kadmowej spowalnia wraz ze spadkiem temperatury, co powoduje wzrost ciśnienia. Jeśli temperatura jest wyższa niż zalecana, wówczas potencjał wzrasta i tlen zaczyna uwalniać się bardzo wcześnie na dodatniej elektrodzie tlenkowo-niklowej. W tej samej temperaturze tlen uwalniany jest tym aktywniej, im większy jest prąd ładowania. Jednocześnie szybkość pobierania tlenu pozostaje prawie niezmieniona. Dla tej wartości wartość ta zależy od konstrukcji akumulatora, a raczej od transportu tlenu z dodatniej do ujemnej elektrody kadmowej. Wpływa na to gęstość układu, grubość, struktura elektrod, a także materiał separatora i objętość elektrolitu.

Im mniejsza grubość elektrod i im większa gęstość ich ułożenia, tym bardziej wydajny będzie proces ładowania. Najbardziej wydajne pod tym względem są baterie cylindryczne z elektrodami walcowanymi. Dla nich wydajność ładowania prawie się nie zmienia, gdy prąd zmienia się z 0,1 na 1C. Producenci nazywają standardowy tryb ładowania, w wyniku którego akumulator o napięciu 1 wolta jest w pełni naładowany w ciągu 16 godzin prądem o pojemności 0,1. Niektóre modele ładowane w tym trybie wymagają 14 godzin. Konkretne wskaźniki zależą już od cech konstrukcyjnych i objętości masy aktywnej.

Wszystko to dotyczy ładunku galwanostatycznego. Jest to ładunek o stałej wartości prądu. Ale ładowanie można również przeprowadzić z płynnym lub stopniowym spadkiem natężenia prądu na końcowym etapie ładowania. Wtedy na początkowym etapie prąd może być ustawiony znacznie powyżej standardowej wartości 0,1 pojemności. Często istnieje realna potrzeba zwiększenia prędkości ładowania. Problem rozwiązuje się za pomocą akumulatorów, których charakterystyka pozwala na efektywne odbieranie ładunku o dużej gęstości. Prąd jest utrzymywany na stałym poziomie przez cały proces ładowania. Poprawiane są również systemy sterowania, które nie pozwalają na przeładowanie akumulatora.

Cylindryczne akumulatory niklowo-kadmowe są zwykle ładowane w następujących trybach:

• 6─7 godzin prądu 0,2 pojemności;
• 3─4 godziny przy prądzie 0,3 pojemności.

Podczas przyspieszania nie zaleca się doładowywania o więcej niż 120-140 procent. Wtedy pojemność zostanie zapewniona nie mniej niż wartość nominalna. Akumulatory Ni-Cd do pracy w trybach przyspieszonych ładują się jeszcze szybciej (około godziny). Jednak w tym drugim przypadku potrzebna jest kontrola napięcia i temperatury. W przeciwnym razie, na skutek gwałtownego wzrostu ciśnienia, może rozpocząć się proces degradacji baterii.

Po zakończeniu ładowania w szczelnie zamkniętej baterii tlen jest nadal uwalniany z powodu utleniania jonów wodorotlenowych na elektrodzie dodatniej. Dzięki procesowi samorozładowania potencjał maleje, a proces wydzielania tlenu stopniowo maleje i staje się równy jego absorpcji na elektrodzie kadmowej. Następnie ciśnienie spada. O tym jest szczegółowo zdemontowany pod podanym linkiem.

/ Akumulatory niklowo-kadmowe w elektronarzędziach

Akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd) w elektronarzędziach

Obecnie z roku na rok rośnie udział narzędzi akumulatorowych w rynku ręcznych narzędzi budowlanych. Zasilacze akumulatorowe (baterie) Istnieje kilka rodzajów elektronarzędzi: niklowo-kadmowy, niklowo-metalowo-wodorkowy i litowo-jonowy. Baterie na bazie niklu są obecnie najczęściej używane. W tym artykule szczegółowo omówimy charakterystykę baterii niklowo-kadmowej.

Obudowa akumulatorów niklowo-kadmowych (NiCd) wykonana jest z niklowanej blachy stalowej, która jest jednocześnie biegunem ujemnym. Same elektrody wykonane są w postaci folii ze związków niklowo-kadmowych zgodnie z technologią aglomeracji. Folię taką umieszcza się jako uzwojenie wraz z warstwą izolacyjną (separatorem), przez którą przesącza się elektrolit. Sam elektrolit ma konsystencję pasty i składa się głównie z wody i wodorotlenku potasu (ług potasowy).

Ogniwo baterii jest układem zamkniętym, który jest odizolowany od środowiska zewnętrznego. Dzięki temu elektrolit nie może wyciekać. Podczas normalnego ładowania i rozładowywania w elektrolicie zachodzi wymiana gazowa. W nienormalnych warunkach pracy, takich jak zwarcie lub zbyt wysoki prąd ładowania, w ogniwie akumulatora może powstać nadciśnienie w wyniku wydzielania się ciepła. Aby zapobiec zniszczeniu ogniw baterii, wysokiej jakości ogniwa są wyposażone w zawór bezpieczeństwa. W stanie naładowanym statycznie napięcie ogniwa akumulatora między biegunem ujemnym i dodatnim wynosi 1,2 V.

Utrzymanie:

Akumulatory niklowo-kadmowe stosowane w elektronarzędziach są bezobsługowe. Mogą być przechowywane naładowane lub nienaładowane. Po rozładowaniu baterii nie ma potrzeby jej natychmiastowego ładowania. Jest to znacząca różnica między tymi akumulatorami a akumulatorami kwasowo-ołowiowymi. Baterie niklowo-kadmowe powinny być w miarę możliwości całkowicie rozładowane, ale nie do głębokiego rozładowania. O całkowitym rozładowaniu baterii w elektronarzędziu można mówić nawet wtedy, gdy moc urządzenia jest zauważalnie zmniejszona. Rozładowanie do całkowitego zatrzymania silnika lub całkowite rozładowanie elektrycznej latarki, gdy lampka już nie świeci, powoduje głębokie rozładowanie i może uszkodzić sam akumulator.

Charakterystyka woltamperowa:

Charakterystyka prądowo-napięciowa akumulatorów niklowo-kadmowych zależy od ich wielkości (pojemności) i konstrukcji. Im bardziej ogniwo akumulatora jest zoptymalizowane pod kątem wysokiej rezystancji prądu, tym stabilniejsze jest napięcie rozładowania. Jeśli porównamy akumulatory o tej samej konstrukcji, ale o różnych pojemnościach, często akumulator o dużej pojemności ma większą rezystancję prądową o dużej wytrzymałości. W wyniku licznych kontroli i testów producenci wysokiej jakości elektronarzędzi znaleźli optymalną równowagę pomiędzy zużyciem energii a wysoką opornością prądową.

Efekt pamięci:

W przypadku korzystania z akumulatorów niklowo-kadmowych należy je zawsze całkowicie rozładować, a dopiero potem ponownie naładować. Jeśli ta zasada nie jest przestrzegana, może wystąpić tzw. efekt pamięci. Takie częściowe wyładowania i późniejsze częściowe ładunki mogą prowadzić do tworzenia się kryształów na elektrodzie ujemnej, przez co spada początkowa pojemność akumulatora i spada napięcie podczas rozładowywania. W przypadku podłączenia do sieci urządzenia elektronicznego funkcja stabilizacji napięcia jest aktywowana w wyniku przedwczesnego wyłączenia urządzenia. Urządzenia z silnikiem, takie jak elektronarzędzia, reagują na to zmniejszeniem prędkości obrotowej. Efekt pamięci, który nie jest zbyt wyraźny, jest odwracalny. W tym celu należy powtórzyć kilka „normalnych” cykli rozładowania-ładowania, podczas których należy stosować tzw. szybkie ładowarki o dużym prądzie ładowania.

Samorozładowanie:

Akumulatory niklowo-kadmowe rozładowują się podczas przechowywania. Proces samorozładowania zależy głównie od temperatury i jakości ogniwa akumulatora. Przechowywanie w wysokich temperaturach i słabej jakości ogniwa akumulatora przyczyniają się do samorozładowania. W temperaturze pokojowej czas rozładowania wynosi około 3-4 miesięcy.

Charakterystyka temperaturowa:

Jak prawie każdy proces chemiczny, reakcja chemiczna w niskich temperaturach przebiega wolniej niż w wysokich temperaturach. Przede wszystkim dotyczy to grubych elektrolitów akumulatorów niklowo-kadmowych. Dzięki temu w niskiej temperaturze dają mniejszy prąd rozładowania niż w temperaturze pokojowej. Ponadto nie można ich ładować dużym prądem w niskich temperaturach. Dolna granica temperatury wynosi około -15C.

Bezpieczeństwo środowiska:

Akumulatory niklowo-kadmowe zawierają zarówno związki niklu, jak i kadmu. Związki kadmu są silnie toksyczne. W przypadku nieprawidłowej utylizacji kadm z baterii może tworzyć wysoce toksyczne związki, które są potencjalnie szkodliwe dla środowiska. Dlatego pod koniec okresu użytkowania baterie niklowo-kadmowe muszą być odpowiednio utylizowane i poddawane recyklingowi zgodnie z obowiązującymi przepisami. W przypadku prawidłowej utylizacji odsetek akumulatorów niklowo-kadmowych nadających się do recyklingu jest najwyższy w porównaniu z innymi systemami akumulatorów. Dzięki recyklingowi baterie niklowo-kadmowe są przyjazne dla środowiska. Dlatego producenci wysokiej jakości elektronarzędzi świadczą dedykowane usługi recyklingu akumulatorów NiCd.

Pomimo tego, że produkcja baterii niklowo-kadmowych została zakazana w UE od tego roku, ci niestrudzeni pracownicy są nadal wykorzystywani w wielu niedrogich i wydajnych urządzeniach autonomicznych (śrubokręty, golarki elektryczne, latarki).

Nawet jeśli instrukcja obsługi nie mówi nic o rodzaju baterii urządzenia, dość łatwo ustalić, że jest to bateria niklowo-kadmowa, która służy jako źródło prądu - najczęściej czas ładowania jest wskazany w zakresie 5-12 godzin i jest wskazanie na konieczność samodzielnego wyłączenia ładowarki po czasie ładowania.

W przypadku akumulatorów niklowo-kadmowych preferowane jest szybkie ładowanie impulsowe niż wolne ładowanie prądem stałym. Baterie te mogą dostarczać dużo energii, co czyni je wyborem do samodzielnych zastosowań o dużej mocy. Akumulatory niklowo-kadmowe to jedyny rodzaj akumulatorów, który może wytrzymać pełne rozładowanie pod dużym obciążeniem bez żadnych konsekwencji. Inne typy akumulatorów wymagają niecałkowitego rozładowania przy stosunkowo niskich obciążeniach mocy.

Akumulatory niklowo-kadmowe nie lubią długotrwałego ładowania przy okazjonalnych lekkich obciążeniach. Okresowe pełne rozładowanie jest im konieczne, jak powietrze jest u człowieka - przy braku całkowitego rozładowania na elektrodach tworzą się duże kryształy metalu (co prowadzi do pojawienia się tzw. "efektu pamięci") - bateria nagle się gubi jego pojemność. Do długiej i wydajnej pracy akumulatorów NiCd niezbędne są cykle konserwacji akumulatorów – całkowite rozładowanie, a następnie pełne naładowanie, zgodnie z większością zaleceń – raz w miesiącu, nie rzadziej niż raz na 2-3 miesiące.

Baterie niklowo-kadmowe to najbardziej „głupi” spośród obecnie produkowanych masowo baterii – nie wymagają nawet systemu monitorowania parametrów baterii, co determinuje ich zastosowanie w niedrogich i wydajnych urządzeniach.

Ładowanie niskimi prądami w ciągu 5-12 godzin pozwala obejść się bez żadnych środków ostrożności w postaci systemów kontroli ładowania i rozładowania. Podczas ładowania bateria po prostu powoli traci pojemność (ku uciesze producenta). Należy o tym pamiętać podczas korzystania z ładowarek „bad-boy” (ładowarek bez automatycznego mechanizmu kontroli ładowania). Dlatego najlepiej jest ładować całkowicie rozładowany akumulator i ściśle przestrzegać czasu ładowania, co pozwoli zachować pojemność akumulatora NiCd na długi czas.

Przy korzystaniu z „szybkiego” ładowania (z czasem ładowania poniżej 5 godzin) wskazane jest posiadanie ładowarki z czujnikiem temperatury, ponieważ temperatura akumulatora wzrasta podczas ładowania, pojemność rośnie wraz z temperaturą, ponieważ wzrasta pojemność, ładowarka może doładować akumulator powyżej wymaganego poziomu, co prowadzi do jeszcze większego wzrostu temperatury (zjawisko „przyspieszenia cieplnego” akumulatora) i co najmniej do pogorszenia parametrów akumulatora. Podobna sytuacja ma miejsce podczas ładowania akumulatora w niskich temperaturach. Czujnik temperatury pozwala na zmianę parametrów ładowania w zależności od temperatury akumulatora, a także odłączenie akumulatora od ładowania, gdy temperatura wzrośnie powyżej 1 stopnia Celsjusza na minutę lub gdy temperatura akumulatora osiągnie 60 stopni Celsjusza, co pozwala uniknąć tragicznych konsekwencji ucieczka termiczna.

Jako ilustrację potrzeby czujnika temperatury w ładowarce mogę podać przykład dwuletniego ładowania baterii niklowo-kadmowej do profesjonalnego wkrętaka na ładowarce bez czujnika temperatury (na zdjęciu - to jest sama ładowarka), co pozwala naładować akumulator w przyspieszonym tempie – w godzinę. W tym czasie temperatura w mieszkaniu wynosiła około 30°C, ładowarka powinna automatycznie ładować akumulator aż do osiągnięcia docelowego napięcia i automatycznie się wyłączyć, co zostało powiedziane po angielsku na biało w instrukcji w dziale bezpieczeństwa. Rano pierwszy akumulator z zestawu został naładowany bez żadnych ekscesów - po 50 minutach ładowarka się wyłączyła, wieczorem drugi akumulator dał niespodziankę podczas ładowania: z powodu braku czujnika temperatury w ładowarce akumulator wszedł w tryb przyspieszania termicznego. Ponieważ ładowanie zostało przyspieszone, problem został zauważony późno - gdy akumulator zadymił i zaczął pryskać gorącym elektrolitem. Ładowarka, która szybko została odłączona od sieci, została uratowana. Bateria przez długi czas parskała w agonii, starając się przy wyjeździe w inny świat wyrządzić jak największe szkody, ale zawiodła i szkody ograniczały się do kosztu samej baterii - 15USD. Od tego czasu ładowarka jest podłączona do sieci za pomocą timera.

Pomimo swoich wad, baterie niklowo-kadmowe nadal istnieją wśród nas. Mam nadzieję, że część teorii i praktycznych doświadczeń przedstawionych w artykule pozwoli czytelnikowi maksymalnie wykorzystać baterię niklowo-kadmową swojego urządzenia.

Copyright © Dmitrij Spitsyn, 2009.

Bateria kadmowa jest popularnym źródłem energii, która służy do uzupełniania sprzętu AGD. Są klasyfikowane jako typy alkaliczne. Są wyposażone w te jednostki i urządzenia, które nie mogą obejmować innych modeli.

Do składu akumulatorów niklowo-kadmowych wprowadzane są ujemne i dodatnie zaciski przewodzące prąd, do oddzielenia których stosuje się separator. Wnętrze wypełnione jest alkaliczną kompozycją elektrolityczną. Obudowa do akumulatorów niklowo-kadmowych wykonana jest ze specjalnego metalu, hermetycznie zamknięta.

W celu zapewnienia lepszego kontaktu do przygotowania elektrod stosuje się folię, która charakteryzuje się niewielką grubością. Do zaprojektowania separatora, który jest skoncentrowany między zaciskami w akumulatorach niklowo-kadmowych, stosuje się surowce tkane. W końcu nie wchodzi w interakcje z alkalicznym elektrolitem.

Bor jest używany do łączenia baterii z innymi niklowo-kadmowymi źródłami zasilania. W skład baterii niklowo-kadmowej wchodzą złącza spawane, które zapewniają szczelne połączenie.

Zalety zasilacza niklowo-kadmowego

• Liczba cykli rozładowania i ładowania sięga 1000 lub więcej.
• Okres przechowywania takich urządzeń jest długi. Jednocześnie stopień naładowania jednostki nie wpływa na ten wskaźnik.
• Technologia ładowania akumulatorów niklowo-kadmowych jest stosunkowo prosta. Może być również realizowany przez początkujących kierowców.
• Możliwa jest eksploatacja takich źródeł zasilania zimą, w trudnych warunkach.
• Wydajność nie zmniejsza się nawet przy ujemnych temperaturach.

Negatywne strony

• Urządzenia posiadają takie właściwości jak „efekt pamięci”. Aby go wyeliminować, potrzebne są pewne środki.
• Zwiększa się poziom samorozładowania.
• Jeśli porównamy baterie CD z innymi źródłami zasilania, możemy wyróżnić ich niską gęstość energii.
• Do przygotowania użyto toksycznych składników. Dlatego niektóre stany nie używają takich baterii, nie produkują ich.
• Do utylizacji takich jednostek stosuje się odpowiedni sprzęt. W naszym kraju przygotowywane są instalacje do recyklingu i przetwarzania jednostek niklowo-kadmowych.

Ładowanie, rozładowywanie akumulatorów niklowo-kadmowych

Proces rozładowania

Parametry rozładowania źródła prądu w dużej mierze zależą od cech konstrukcyjnych, charakterystyki elektrod i przewodów prądowych. Określają również z góry wielkość napięcia i rezystancję wewnętrzną.

Parametry bitów zależą od:

• Cechy i struktury separatora.
• Jakość wykonania.
• Ilość składu elektrolitycznego, jakim wypełniony jest organizm.
• Inne.

Przy długim rozładowaniu źródła nicd eksperci zalecają stosowanie baterii dyskowych, które są uzupełniane dużymi prasowanymi przewodami. Dlatego przy niewielkim wzroście prądu zmniejsza się pojemność rozładowania, a także napięcie. Aby zoptymalizować ten wskaźnik, zmniejsza się grubość wyprowadzeń, zwiększa się ich liczbę.

Maksymalna wartość pojemności jest obserwowana w temperaturze pokojowej. Dalszy wzrost temperatury nie wpływa na ten parametr. Ujemna temperatura powoduje spadek napięcia rozładowania, wzrost prądu rozładowania.

Używanie wkrętarek, które są wyposażone w niklowo-kadmowe źródła zasilania, wymaga ostrożności zimą.

Proces ładowania

W procesie ładowania akumulatorów ni cd konieczne jest wprowadzenie ograniczeń ładowania. Rzeczywiście, w procesie ładowania wewnątrz obudowy wzrasta ciśnienie, wytwarzany jest tlen, a aktualny współczynnik aplikacji maleje.

Jak ładować baterię ni cd? Aby w pełni przywrócić ładunek, należy zgłosić pojemność 150-160 procent. Zakres temperatur - 0-+35 stopni. Jeśli nie weźmiesz pod uwagę zakresu temperatur, ciśnienie wzrośnie. Mieszanka tlenowa zostanie uwolniona przez zawór awaryjny. Dlatego ważne jest, aby wcześniej ustalić, jak prawidłowo naładować akumulator.

Rozładowany akumulator niklowo-kadmowy jest ładowany w różnych trybach. Czas ładowania zależy od wybranego trybu.

1. Prąd 0,2 całkowitej pojemności przez 7 godzin.
2. Prąd 0,3 całkowitej pojemności nie przekracza 4 godzin.

Podczas ładowania urządzenia w trybie przyspieszonym (prądem 0,4 dostępnej pojemności) przeładowanie jest zabronione, ponieważ prowadzi to do zmniejszenia pojemności. Możesz ustawić poziom naładowania źródła zasilania za pomocą odpowiednich urządzeń. Podczas pracy z prądami używany jest amperomierz. Aby określić liczbę woltów, użyj woltomierza lub multimetru.

Ładowarka do akumulatorów niklowo-kadmowych

Do ładowania akumulatorów ni cd stosuje się ładowarki odwracalne i automatyczne.

Automatyczna ładowarka ni cd jest łatwa w użyciu. Dzięki niemu naładujesz 2-4 baterie do śrubokręta lub innego sprzętu AGD. Po umieszczeniu baterii w pamięci ustawiany jest tryb, numer. Następnie urządzenie jest podłączone do sieci.

Modele automatyczne są wyposażone we wskaźniki, które określają stan naładowanych źródeł zasilania podczas pracy z prądem. Takie urządzenia nadają się również do rozładowywania akumulatorów ni cd.

Ładowarki impulsowe mają bardziej złożoną konstrukcję. Mogą być używane podczas pracy ze znacznym prądem. Ponieważ są one klasyfikowane jako jednostki profesjonalne, przed użyciem bada się, jak naładować źródło zasilania, jak ustawić wymagane parametry.

Modele odwrócone (impulsowe) nadają się do cyklicznego dostarczania prądu ładowania i rozładowania. Podczas rozładowywania i ładowania parametry prądu i napięcia są z góry określone.

Funkcje użytkowania

Długotrwała eksploatacja wpływa na funkcjonowanie i wydajność akumulatorów kadmowo-niklowych. Następujące czynniki prowadzą do pogorszenia wydajności i awarii:

• Powierzchnia robocza przewodów przewodzących jest zmniejszona.
• Aktywna masa zacisków przewodzących jest znacznie zmniejszona.
• Alkaliczny skład elektrolityczny zmienia skład, jest nieprawidłowo rozprowadzany wzdłuż źródła zasilania.
• Wyciek następuje przez elementy przewodzące. W rezultacie rozładowanie naładowanego źródła zasilania następuje wystarczająco szybko.
• Zużycie cieczy wzrasta, tlen. Przy nadmiernym uwalnianiu tlenu proces staje się nieodwracalny.
• Związki organiczne zaczynają się rozkładać.

Odzysk akumulatorów niklowo-kadmowych

Procedura przywracania baterii niklowo-kadmowych, które są używane do skompletowania śrubokręta, innego przenośnego urządzenia, zajmuje trochę czasu. Ponieważ koszt takich baterii jest wysoki, przed wdrożeniem należy zapoznać się z funkcjami.

W rzeczywistości przywracamy baterię niklowo-kadmową wkrętarki za pomocą prądu pulsacyjnego, który jest dostarczany przez 2-4 sekundy. Aktualna wartość przekracza parametry pojemności 10 lub więcej razy.

Przed przywróceniem akumulatora przygotowuje się pewne elementy i narzędzia:

1. Wydajny zasilacz z silnymi wskaźnikami prądu. Jako akumulator używany jest akumulator samochodowy.
2. Zaciski.
3. Przewody.
4. Multimetr kontrolujący napięcie.
5. Artykuły ochronne.

Procedura odzyskiwania obejmuje pewne czynności:

• Ręczna jednostka narzędziowa lub oddzielna bateria ma styk dodatni i ujemny.
• Za pomocą klipsów lub zacisków krokodylkowych, a także kawałków drutu, dołączane są minusy.
• Drugi koniec drutu jest dociskany do styku dodatniego. Czas trwania kontaktu przewodowego wynosi 1-2 sekundy (można go wydłużyć do 3 sekund). Takie działania zajmują trochę czasu. Przy kontakcie upewnij się, że przewody nie przyklejają się do bloku, akumulatora.

Po jednym cyklu poziom napięcia jest mierzony za pomocą multimetru. Jak tylko napięcie zostanie przywrócone, przechodzą do zestawu pojemności. W celu przywrócenia i naprawy zasilacza wykonuje się 2-4 cykle.

Ta technika przynosi oczekiwany efekt tylko przez krótki czas. Dzieje się tak, ponieważ zmienia się skład elektrolityczny, a także zmienia się jego objętość. W rezultacie baterie nie mogą być używane jako źródło przez długi czas.

Zmodernizowana metodologia

Aby samodzielnie zregenerować baterie niklowo-kadmowe, a także zapewnić ich długotrwałą eksploatację, wykonuje się następujące czynności:

• Wszystkie baterie są dokładnie sprawdzane, mierzone jest napięcie. Te elementy, na których napięcie jest bliskie zeru, są usuwane.
• W korpusie za pomocą odpowiedniego narzędzia przygotowuje się otwory w celu wlania 1 cm3 wody destylowanej.
• Zasilacze mogą stać przez krótki czas, po czym napięcie jest ponownie sprawdzane.
• Jeśli wydajność baterii zostanie przywrócona, uformowane otwory są traktowane szczeliwem, lutowane.
• Blok uzupełniany jest bateriami, jest wielokrotnie ładowany. Przenośne narzędzie jest gotowe do użycia, gdy tylko wskaźnik na ładowarce zmieni kolor. Do tych celów warto korzystać z ładowarek impulsowych, które wyróżnia rozbudowana funkcjonalność, wysokiej jakości sprzęt.
• Przy zerowym napięciu woda destylowana jest ponownie wprowadzana do akumulatora.
• Procedurę powtarza się, aż do uzyskania pozytywnego wyniku.

Funkcje przechowywania

W przypadku akumulatorów kadmowych zasady działania zostały opracowane przez specjalistów. Instrukcje opisują sposób przechowywania zasilaczy. Zidentyfikowano kilka podstawowych zasad.

Źródła ni cd można przechowywać tylko wtedy, gdy są całkowicie rozładowane. Do tych celów należy używać ładowarek wyposażonych w odpowiednią funkcję. Do opróżniania wykorzystywane są również żarówki o odpowiedniej liczbie amperów.

Odpowiednio przygotowane baterie mogą być przechowywane przez długi czas. Zmiany temperatury nie wpływają na stan i wydajność.

Pomieszczenia służą do przechowywania baterii niklowo-kadmowych. W końcu wahania temperatury nie wywołują rozładowania, uruchomienia nieodwracalnych procesów.

Chociaż baterie niklowo-kadmowe są przechowywane przez długi czas, na pewnym etapie istnieje potrzeba ich utylizacji. Aby to zrobić, skontaktuj się z organizacją, która wykonuje takie procesy.

Wydajność akumulatorów niklowo-kadmowych jest trudna do przecenienia. Uzupełniają przenośne narzędzia używane w życiu i przemyśle. Przy prawidłowej obsłudze, przestrzeganiu przepisów bezpieczeństwa i warunkach eksploatacji okres użytkowania przekracza pięć lat.

Film o bateriach niklowo-kadmowych

Kanał nespokoyniy powiedział, jak przywrócić rozładowaną baterię, która jest zainstalowana na śrubokręcie. W naszym przypadku bateria niklowo-kadmowa. W tym chińskim sklepie możesz kupić wszystko, czego potrzebujesz do odzyskiwania, z bezpłatną wysyłką.
Zdemontowano pudełka. Tak wyglądają.

Postanowiłem przywrócić, ponieważ w akumulatorze niklowo-kadmowym nie ma ładunku. Powodem jest to, że kilka puszek nie zyskuje pojemności, a zatem cała bateria nie przyjmuje ładunku, nie ma pracy. Bateria ma pojemność 1300. Próbowałem ładować jeden słoik tym urządzeniem, jeden po drugim. Sprawdziłem, ile każdy z nich ładuje. W tym przypadku, jeśli najwyższy bank podpisał 1781, 1888, dzieje się tak pomimo faktu, że napisano normę 1300. W niektórych 68, 73, 50, inne są normalne 1340, 1359. Niektóre są normalne, inne nie pobierają opłat.

Bateria lub dowolne źródło o napięciu około 12 woltów. Związałem 2 przewody plus lub minus na kolanach i robię tzw start baterii. Na słoiku o napięciu 1,2 V dotykamy przewodów. Jest małe kliknięcie, przez jedną sekundę, usuń. Robimy to 3-4 razy.
Następnie zaczynamy ładować w nowy sposób z IMAX B6. Obecnie trwa ładowanie. Widać, że 1382 strzeliło już w około 1,5 godziny. 1383, 1,76 wolta, procesor decyduje, ile napięcia podać. Najpierw programujemy, potem ustawiamy. Jeden bank 1,2 V, ładowanie. Ten, który zdobył 1387 punktów, już nie bierze. Początkowo dostarczono 71. Już z grubsza 1400. Po takim starcie, krótkie dotknięcie z potężnym napięciem, prawie 10 razy. Również tutaj nie ruszajmy się, krokodyle mogą się odczepić. Był też bank, wskazano 40, wykręcono 1426 i tym podobne, bank miał 80 z czymś, czyli każdy zyskuje ponad 1300. Tak więc planuje się go wypędzić. Zostało jeszcze kilka słoików do zrobienia tej baterii.
Kontynuacja z 4 minut na filmie o metodzie odzyskiwania nieużywanej baterii niklowo-kadmowej.

Jest sposób.

Trzy sposoby naprawy baterii śrubokręta

Jeśli bateria twojego śrubokręta jest niesprawna, istnieje kilka sposobów, aby to naprawić.

1. Wymień „martwy” słoik.

Przeanalizujmy tę metodę na przykładzie wkrętarki na 12 V, NiCd (akumulator niklowo-kadmowy). Jego bateria w środku ma 10 puszek 1,2 V połączonych szeregowo, co daje nam 12 V na wyjściu (1,2 * 10 = 12). Pojemność wszystkich puszek jest taka sama, np. 1,5 Ah.

2. Całkowicie wymień wszystkie elementy

3. Konwertuj baterię na litowo-jonową

W Chinach należy zakupić wysokoprądowe ogniwa litowe o wymaganej pojemności, tablicę balansującą BMS do ich ładowania. Do tych puszek można dokupić jeszcze jedno złącze i ładowarkę. Ale możesz ładować za pomocą standardowej ładowarki. Szczegóły dotyczące tej zmiany można znaleźć na moim kanale.
https://zen.yandex.ru/media/master_dom/

Naprawa baterii śrubokrętów Makita

Witajcie drodzy czytelnicy. Mój przyjaciel ma dobry śrubokręt Makita 6271. „Shurik” jest fajny, choć stary, ale baterie już dawno się wyczerpały. Poprosił mnie o zamianę baterii na litowo-jonowe. Zamówiłem wszystkie komponenty w Chinach, poczekałem na paczki i zacząłem przerabiać.
Ze starych „puszki” będziesz potrzebować tylko dwóch górnych, na których znajduje się listwa zaciskowa.

Zwalniamy obudowę i usuwamy z niej wszystkie plastikowe wypustki.

Postanowiłem zainstalować 3 akumulatory, np. 18650, płytkę balansującą 20 A i gniazdo ładowania. Baterie wymagają wysokiego prądu, z prądem rozładowania 20 lub 30 A.

Skręciłem baterie taśmą elektryczną i przylutowałem. Musisz szybko lutować, nie przegrzewając słoika.

Następnie przylutowałem niezbędne przewody do akumulatorów zgodnie ze schematem na płytce.


Przewody początkowo trwały dłużej niż to konieczne.

Po zlutowaniu styki podkleiłem taśmą dwustronną.


Gniazdo, zaciski i czujnik temperatury (TD) połączone w następujący sposób:


Sam czujnik wygląda tak. Należy go odlutować od zacisku ujemnego i przylutować do styku B-, co pozwoli naładować akumulator ładowaniem natywnym.